Автономный измеритель течения

Полезная модель относится к измерителям скорости и направления течений в морях и пресноводных водоемах на различных глубинах в составе автономных буйковых станций с длительными сроками автономной работы и может применяться при гидрологических исследований и инженерных изысканиях при строительстве гидротехнических сооружений. Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение корректного векторного осреднение скорости течения в волновом слое моря при максимальной чувствительности по скорости и направлению и минимальных габаритах и весе, а также работы в цифровом режиме. Поставленная задача решается конструкцией автономного измерителя течения, содержащего корпус с размещенными в нем компасом, датчиком направления течения (флюгер) с индуктивным преобразователем и опорной иглой, датчиком скорости течения, состоящим из ротора Савониуса и индуктивного преобразователя угол-код, датчиком давления, датчиком угла наклона от вертикали типа акселерометра, электронным блоком и блоком батарей, отличающегося тем, что флюгер и ротор Савониуса выполнены малогабаритными, при этом флюгер снабжен подвижным ферритом, взаимодействующим с неподвижными катушками индуктивности с ферритовыми сердечниками индуктивного преобразователя угол-код, а ротор Савониуса подвешен на острие опорной иглы флюгера в точке, близкой к центру тяжести измерителя. Кроме того, электронный блок выполнен на базе микропроцессора с малым энергопотреблением и быстродействующим арифметическим устройством, выполняющим все команды за один машинный такт, и содержит таймер - календарь.

Полезная модель относится к измерителям скорости и направления течений в морях и пресноводных водоемах на различных глубинах в составе автономных буйковых станций с длительными сроками автономной работы и может применяться при гидрологических исследованиями инженерных изысканиях при строительстве гидротехнических сооружений.

Известен автономный измеритель течения (1), содержащий корпус, флюгарку, преобразователь, датчик скорости и размещенную внутри корпуса измерительно-регистрирующую аппаратуру, отличающийся тем, что с целью упрощения конструкции он снабжен постоянным магнитом, кинематически связанном с флюгаркой и магнито-связанным с преобразователем.

Однако, описанный измеритель не обладает высокой чувствительностью, позволяющей работать в заиленных придонных зонах водоемов, достаточной скоростью измерения, и не предназначен для хранения и передачи данных в электронном режиме.

Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение корректного векторного осреднения скорости течения в волновом слое моря при максимальной чувствительности по скорости и направлению и минимальных габаритах и весе, а также работы в цифровом режиме.

Поставленная задача решается конструкцией автономного измерителя скорости и направления течений, содержащего корпус с размещенными в нем компасом, датчиком направления течения (флюгер) с индуктивным преобразователем и опорной иглой, датчиком скорости течения, состоящим из ротора Савониуса и индуктивного преобразователя угол-код, датчиком давления, датчиком угла наклона от вертикали типа акселерометра, электронным блоком и блоком батарей, отличающегося тем, что флюгер снабжен подвижным ферритом, взаимодействующим с неподвижными катушками индуктивности с ферритовыми сердечниками индуктивного преобразователя угол-код, а ротор Савониуса подвешен на острие опорной иглы флюгера в точке, близкой к центру тяжести измерителя.

Кроме того, электронный блок выполнен на базе микропроцессора с малым энергопотреблением и быстродействующим арифметическим устройством, выполняющим все команды за один машинный такт, и содержит таймер - календарь.

Конструкция измерителя представлена на рисунке 1, где

1 - скоба, 2 - гермоввод, 3 - корпус, 4 - компас, 5 - электронный блок, 6 - блок батарей, 7 - катушки индуктивного преобразователя флюгера, 8 - датчик гидростатического давления, 9 - флюгер, 10 - опорная игла флюгера, 11 - ротор Савониуса, 12 - индуктивный преобразователь ротора, 13 - опорная игла ротора, 14 - феррит флюгера, 15 - ферриты ротора.

Измеритель представляет собой механическую конструкцию с ротором Савониуса 11 и отдельным флюгером 9 для измерения направления течения. Особенностью их конструкции являются малые габариты и ненагруженный режим работы. Отсутствие механической нагрузки на флюгер обеспечивается индуктивным преобразователем угол-код, состоящим из шести неподвижных катушек индуктивности 7 с ферритовыми сердечниками (статор) и одного подвижного феррита (ротор) 15, установленного на флюгере 9 и взаимодействующего с неподвижными катушками индуктивности 7.

Отсутствие механической нагрузки в преобразователе угол-код обусловлено микрорежимом питания катушек 7 током повышенной частоты, при котором магнитное взаимодействие ферритов пренебрежимо мало по сравнению с силами взаимодействия флюгера 9 с водным потоком.

Преобразование оборотов ротора в электрические импульсы осуществляется также индуктивным преобразователем 12, состоящим из четырех ферритов 15, запрессованных в корпус ротора, и одной катушки индуктивности, размещенной внутри опорной стойки и помещенной в кожух из капролона в качестве водостойкого изолятора.

Легкость хода и высокая чувствительность достигается подвеской ротора 11 на острие опорной иглы 10 в точке, близкой к центру тяжести. Для защиты острия опорной иглы ротора при толчках и ударах ответная лунка подшипника подпружинена.

Ориентация корпуса 3 относительно магнитного меридиана измеряется магнитным компасом 4. Для измерения глубины погружения имеется датчик гидростатического давления «Сапфир-22» 8. В состав измерителя входит также датчик температуры воды (на рисунке не показан) с достаточно малой инерционностью, допускающий работу в режиме зондирования с борта судна.

Искажения скорости течения, возникающие при наклоне ротора Савониуса 11 под воздействием потока, компенсируются поправками датчика угла наклона, который представляет собой интегральную микросхему и монтируется на печатной плате электронного блока 5.

Электронная схема измерителя построена на базе двух микропроцессоров, обеспечивающих предварительную внутреннюю обработку данных, введение поправок на влияющие факторы внешней среды, формирование стандартного обмена данными с персональным компьютером через последовательный порт по интерфейсу RS-232.

Результаты измерения всех датчиков периодически записываются в энергонезависимую память электронного блока 5 объемом 1 Мбит.

Разъем для подключения компьютера установлен на боковой стенке корпуса измерителя, при этом детали разъема выполнены из титана и не подвержены коррозии.

При отсутствии волнения или вынужденных движений измерителя происходит простое арифметическое осреднение скорости и направления течения.

Техническая характеристика измерителя

Срок автономной работы при дискретности измерений 1 раз в 30 мин составляет 1 год.

(Применение предлагаемой полезной модели позволяет производить векторное осреднение скорости течения на цифровом уровне с минимальными погрешностями.

Использованная литература.

1. А.с. СССР №581433, 1977 г.

Автономный измеритель скорости и направления течений, содержащий корпус с размещенными в нем компасом, датчиком направления течения (флюгер) с индуктивным преобразователем и опорной иглой, датчиком скорости течения, состоящим из ротора Савониуса и индуктивного преобразователя угол-код, датчиком давления, датчиком угла наклона от вертикали типа акселерометра, электронным блоком и блоком батарей, отличающийся тем, что флюгер снабжен подвижным ферритом, взаимодействующим с неподвижными катушками индуктивности с ферритовыми сердечниками индуктивного преобразователя угол-код, а ротор Савониуса подвешен на острие опорной иглы флюгера в точке, близкой к центру тяжести измерителя.